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TROUS NOIRS

Imagerie directe d’un trou noir supermassif

Une première étape vers l’obtention d’une image d’un trou noir et de son environnement correspond à la mise en service de l'interféromètre optique Gravity, opérationnel depuis 2018 au Very Large Telescope (VLT) de l'Observatoire européen austral au Chili. Il a pu suivre les orbites d'étoiles gravitant autour du trou noir galactique SgrA* à seulement quelques centaines de fois le rayon de ce dernier et mesurer les effets spécifiques (accélération orbitale, décalage spectral gravitationnel vers le rouge) prévus par la théorie de la relativité générale.

Il faudrait disposer d’un télescope de taille gigantesque pour observer directement l’ombre dessinée par l’horizon des événements d’un trou noir et la tache chaude du disque d’accrétion qui l’enrobe. Plusieurs défis techniques s'opposent au développement d'un tel instrument. Le principal est la taille minuscule de pareils astres vus depuis la Terre. Le plus proche trou noir stellaire connu est à environ 1 500 années-lumière de la Terre, et sa taille apparente équivaut à celle sous laquelle on verrait depuis la Terre une bactérie sur la Lune ! Il faut donc viser des trous noirs supermassifs proches, sachant que leur taille est proportionnelle à leur masse. C’est pourquoi les astronomes s’intéressent plus particulièrement à SgrA*, situé à 27 000 années-lumière au centre de notre Voie lactée, avec une masse estimée à 4,1 millions de MS, et au trou noir supergéant M87*, de 6,4 milliards de Ms, au centre de la galaxie elliptique géante M87, distante de 55 millions d’années-lumière.

En termes de taille intrinsèque, les horizons des événements de SgrA* et M87* ont, pour diamètre respectif, 25 millions de kilomètres et 36 milliards de kilomètres. Tous calculs faits, il ressort que les ombres projetées par SgrA* et M87* sur les halos gazeux de leur disque d’accrétion ont un diamètre angulaire apparent d’environ 50 millionièmes de secondes d'arc (étant entendu que la sphère céleste est divisée en 360 degrés d’arc, les degrés en 60 minutes et les minutes en 60 secondes). C'est l’angle infinitésimal sous lequel nous verrions à l'œil nu une pomme posée sur la Lune, nécessitant un pouvoir de résolution 2 000 fois supérieur à celui du télescope spatial Hubble.

La résolution d’un télescope dépend de son ouverture (le diamètre de son objectif) et de la longueur d’onde à laquelle il observe. Doubler l’ouverture permet de résoudre des détails deux fois plus précis. Il faudrait ainsi un télescope optique de 2 kilomètres de diamètre pour résoudre les images de SgrA* et M87*, ce qui n’est pas envisageable même à long terme. De toute façon, les abords de trous noirs restent cachés à notre vue dans la plupart des bandes de fréquences du rayonnement électromagnétique. En effet, les centres des galaxies où ils se trouvent sont enfouis sous de denses nuages de poussière qui bloquent la plus grande part des rayonnements. Pour percer ce véritable brouillard, il faut augmenter la longueur d’onde et passer à la radioastronomie dans les longueurs d’onde millimétriques, domaine où les centres galactiques deviennent quasiment transparents.

Quand on double la longueur d’onde, on divise par deux la résolution, de sorte qu’il faut encore augmenter la taille des télescopes. Pour observer le trou noir central de notre Galaxie dans le domaine millimétrique, il faudrait disposer d’un radiotélescope d’environ 5 000 kilomètres de diamètre. Or, à ces longueurs d’onde, les astronomes peuvent utiliser l’interférométrie à très large base (VLBI pour Very Long Baseline Interferometry), technique qui intègre plusieurs observatoires pour former un télescope virtuel dont l’ouverture est aussi grande que la distance qui les sépare. Un réseau VLBI de taille terrestre devient donc juste assez[...]

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Écrit par

  • : directeur de recherche émérite au CNRS, laboratoire d'astrophysique, Marseille

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Pour citer cet article

Jean-Pierre LUMINET. TROUS NOIRS [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )

Médias

Galaxie NGC 1277 - crédits : NASA/ ESA/ Andrew C. Fabian/ Remco C. E. van den Bosch (MPIA)

Galaxie NGC 1277

NASA/ ESA/ Andrew C. Fabian/ Remco C. E. van den Bosch (MPIA)

Puits gravitationnel créé par un trou noir - crédits : J.-P. Luminet

Puits gravitationnel créé par un trou noir

J.-P. Luminet

Formation de trous noirs stellaires et sursauts gamma - crédits : J.-P. Luminet

Formation de trous noirs stellaires et sursauts gamma

J.-P. Luminet

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Autres références

  • PREMIÈRE IMAGE DU TROU NOIR DE NOTRE GALAXIE

    • Écrit par Jean-Pierre LUMINET
    • 1 695 mots
    • 2 médias

    Le 12 mai 2022, la collaboration du réseau international de radiotélescopes EHT (Event Horizon Telescope) a révélé au public l’image de Sagittarius A* (SgrA*), le trou noir supermassif situé au centre de notre Galaxie (la Voie lactée), à 27 000 années-lumière de la Terre. Avant cette date, son...

  • PREMIÈRE IMAGE TÉLESCOPIQUE D'UN TROU NOIR

    • Écrit par Jean-Pierre LUMINET
    • 1 009 mots
    • 1 média

    Prédits dans le cadre de la théorie de la relativité générale, les trous noirs sont certainement les objets les plus mystérieux du cosmos. En raison de leur nature même de pièges à matière et à lumière, ils ne sont pas directement observables. Si les effets indirects qu’ils induisent sur leur...

  • TROU NOIR DE MESSIER 87

    • Écrit par Bernard PIRE
    • 363 mots
    • 1 média

    Deux cents ans après que Pierre-Simon de Laplace a imaginé l'existence d'étoiles si denses que la lumière ne peut s'en échapper, les astronomes de la N.A.S.A. présentent en 1994 des indices significatifs en faveur de la découverte d'un trou noir. Les observations de la galaxie elliptique...

  • TROU NOIR DE NGC 1365

    • Écrit par Bernard PIRE
    • 363 mots
    • 1 média

    Grâce au télescope spatial NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array), une équipe internationale d'astronomes, conduite par Guido Risaliti, professeur à Florence (Italie), a observé la rotation extrêmement rapide du trou noir situé au centre de la galaxie NGC 1365. Ce trou noir, dont la masse...

  • ASTRE ou OBJET CÉLESTE

    • Écrit par Marc LACHIÈZE-REY
    • 1 244 mots

    Le nom d'« astre » s'applique à tout corps céleste. Pour l'astronome de l'Antiquité, il désignait l'une des quelques milliers d'étoiles suffisamment brillantes pour être visibles à l'œil nu ou l'une des sept planètes (du grec planêtes[asteres],...

  • ASTROPARTICULES

    • Écrit par Pierre BAREYRE
    • 2 125 mots
    • 1 média
    Représentation schématique de la détection d'une gerbe atmosphérique d'ultra-haute énergie par le détecteur hybride Auger - crédits : Encyclopædia Universalis France
    ...en évidence à haute énergie par les détecteurs au sol. Markarian 501 a présenté en 1997 des bouffées de forte intensité dans les domaines X et gamma. Les sources ont pour origine des phénomènes dans des galaxies dites à noyau actif où un trou noir central supermassif (1 milliard de masses solaires)...

  • CHANDRASEKHAR SUBRAHMANYAN (1910-1995)

    • Écrit par Bernard PIRE
    • 1 022 mots
    ...l'effondrement dû aux forces gravitationnelles est le phénomène marquant de leur vieillesse. C'est ainsi qu'apparaissent naines blanches, étoiles à neutrons ou trous noirs, extraordinaires objets où les conditions physiques qui y règnent sont si extrêmes que les interactions fondamentales « habituelles » agissent...

  • EINSTEIN ET LA RELATIVITÉ GÉNÉRALE, LES CHEMINS DE L'ESPACE-TEMPS (J. Eisenstaedt)

    • Écrit par Bernard PIRE
    • 961 mots

    Si les principes et les conséquences de la théorie de la relativité restreinte ont été souvent, et parfois de façon excellente, vulgarisés, la complexité mathématique de la théorie d'Einstein de la gravitation – appelée relativité générale – est telle qu'elle n'est appréciée que d'un petit nombre...

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Voir aussi

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